Un obstáculo importante para la edición del genoma en la célula es, bueno, la propia célula.
"A las células humanas no les gusta absorber cosas", explicó Norbert Reich de UC Santa Bárbara, profesor del Departamento de Química y Bioquímica. La célula humana ha desarrollado un mecanismo de "eliminación de basura" que aísla y descompone proteínas extrañasy otras biomoléculas no deseadas, patógenos e incluso estructuras celulares dañadas, explicó. Por lo tanto, para las personas en campos como la biotecnología, la biofarmacología y la investigación y terapéutica genómica, como los que trabajan con la tecnología CRISPR-Cas9 de edición de genes, los resultados sonsolo tan bueno como su capacidad para eludir de manera eficiente este mecanismo de defensa e introducir con precisión proteínas en las células animales.
Reich y su equipo han desarrollado un método de este tipo. Su técnica, estimada en 100 a 1000 veces más eficiente que los métodos actuales, brinda a los usuarios un control espacio-temporal completo de la entrega de la edición del genoma, lo que les permite decidir exactamente cuándo y dóndeliberar proteínas de edición del genoma.
"De hecho, podemos golpear células individuales", dijo Reich. "Incluso podemos golpear partes de una célula para poder liberar la proteína en solo una parte de la célula. Pero el punto principal es que tenemos el control sobre dónde ycuando esta proteína que va a cortar el ADN va a ser liberada ".
La investigación del grupo de Reich, "Edición del genoma activada por luz: Edición de genes mediada por Cre Recombinase con luz infrarroja cercana" aparece en la revista pequeño .
Un avance reciente en biotecnología que llama la atención es el uso de proteínas de edición de genes - "tijeras moleculares" como CRISPR, Cas y, en este estudio, Cre - para encontrar, cortar y pegar secciones específicas de secuencias de ADN objetivo.Originalmente, un mecanismo de defensa utilizado por bacterias y arqueas para reconocer el ADN de los virus atacantes y marcarlos para su destrucción, los científicos han desarrollado métodos para reconocer, cortar y unir secuencias de pares de bases de varias longitudes, utilizando varias proteínas. El potencial de esta tecnología es enormey abarca desde la investigación básica que determina la función y la identificación de genes hasta terapias que podrían corregir defectos a nivel celular.
La clave para la edición del genoma activada por luz del grupo Reich son las nanoesferas de oro huecas en las que se recubren hebras informadoras de ADN emiten fluorescencia de color rojo y una fusión de proteínas de Cre recombinasa y péptidos que penetran en las células. Y luz infrarroja cercana
"Así que ahora tenemos un dispositivo de localización y un agente de administración", dijo Reich, explicando que la recombinasa Cre y la fusión de péptidos actúan como el sistema de focalización, uno que entra en juego cuando la célula diana elimina la basura celular.
Una vez que se introduce en la célula, la nanocapa se envuelve en un endosoma, una bolsa membranosa que la aísla y la transporta a través de la célula.
"Pero las nanocapas no hacen nada porque están atrapadas", dijo Reich. La luz láser ultrarrápida pulsada en el infrarrojo cercano, que es inofensiva para las células y eficaz en la penetración de tejidos, se dirige luego a las nanocapas atrapadas.y sus capas proteicas.
"Las longitudes de onda del infrarrojo cercano hacen que suceda algo realmente interesante", dijo Reich. "Hace que la nanoconcha de oro se excite y haga que todo lo que hayamos unido se desprenda". Al mismo tiempo, se forman nanoburbujas, lo que provocaaberturas en el endosoma y permitiendo que su contenido de proteínas escape. Las proteínas ahora pueden ubicarse libremente en el núcleo de la célula, donde se almacena su material genético, y obtener la entrada con el péptido que penetra en la célula. Y Cre puede empezar a trabajar para encontrar,cortando y pegando sus hilos reporteros en la hélice.
El experimento in vitro del grupo resultó exitoso: después de un período de incubación, las células penetradas por las nanocapas recubiertas de proteína, seguidas de irradiación, se iluminaron en rojo.
"No diseñamos nada que hiciera que las células se comportaran de manera diferente", dijo Reich. "Lo hicimos para que la célula se viera diferente debido a esta proteína fluorescente".
Dijo el autor principal del artículo, Dean Morales, quien ahora es investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, "Como herramienta de investigación básica, con el control espacio-temporal cada célula puede convertirse en un experimento. Imagínese que le gustaría estudiar la función decierto gen y cómo altera el comportamiento de esa célula o su comportamiento con un vecino cercano. Usando las nanopartículas plasmónicas como antena podemos encender o apagar un gen de interés y observar en tiempo real las ramificaciones de su actividad ".
El control espacio-temporal también permite a quienes lo emplean pisar ligeramente el ADN, cuya reescritura, reconocen los investigadores, tiene efectos muy poderosos y transgeneracionales.
"En ciertos casos, como las mutaciones somáticas, no todas las células del cuerpo requerirían edición", dijo Morales. "La capacidad de controlar dónde y cuándo se puede usar la maquinaria de edición proporciona transitoriedad al procedimiento. La importancia de esto esque los enfoques actuales para la edición de genes a menudo dan como resultado que la maquinaria de edición se deje en una forma activa en la celda objetivo, con ramificaciones desconocidas a largo plazo. Nuestro enfoque entrega la maquinaria de edición de manera transitoria y, por lo tanto, evita este problema ".
La investigación sobre este proyecto también fue realizada por los coautores Erin Morgan, Megan McAdams y Amanda B. Chron de UC Santa Barbara; y Jeong Eun Shin y Joseph Zasadzinski, de la Universidad de Minnesota.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Sonia Fernandez. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :